Магнитные, тепловые и магнитотранспортные свойства сплавов Гейслера на основе Ni-Mn-In (1103581), страница 4
Текст из файла (страница 4)
Температураперехода из ферромагнитной аустенитной фазы в парамагнитную аустенитную фазу также сдвигается в область более низких температур.На зависимости намагниченности от температуры для сплава Ni48Cu2Mn35In15обращает на себя внимание самый широкий температурный гистерезис структурногоперехода, который достигает почти 80-100 К, что возможно, это объясняетсязначительным влиянием легирования медью на различие кристаллических структурмартенситной и аустенитной фаз. В таком случае растет поверхностная энергия границыраздела двух фаз, что и ведет к появлению широкого температурного гистерезиса [13].Кроме того, возможное наличие дефектов кристаллической структуры, которые такжевлияют на температуру структурного перехода и его температурный гистерезис, можетбыть ответственно за наблюдаемое поведение мартенситного перехода в данномконкретном сплаве.
Образцы сплавов Ni50-xCoxMn35In15 (x = 1, 2) обладают самыммаленьким значением температуры Кюримартенситной фазы (150 - 200 К), котораяуменьшается с увеличением содержания кобальта. Величины температур TAM и TMA,Табл. 3. Температуры фазовых переходов для образцов Ni50-xCoxMn35In15 (x = 1, 2),Ni50Mn35In15-xSix (x = 1, 3, 4) и Ni48Cu2Mn35In15.,KTAM, KTMA, K,KNi49Co1Mn35In15191296302336Ni48Co2Mn35In15150269274355Ni50Mn35In14Si1213272288312Ni50Mn35In12Si3225254254293Ni50Mn35In11Si4--225236273Ni48Cu2Mn35In1520016026532915означающих температурный диапазон, на котором происходит структурный переход,также уменьшаются с увеличением кобальта.
Температура Кюри аустенитной фазы,напротив, увеличивается с увеличением кобальта и имеет самое большое значение средирассмотренных 6-ти сплавов у сплава Ni48Co2Mn35In15. Были рассмотрены возможныепричиныизменениятемпературфазовыхпереходовпривариацияхсоставовисследованных сплавов.
В качестве основных причин изменения температур фазовыхпереходов было названо изменение электронной концентрации и изменение среднихмежатомных расстояний в сплаве при замещении элементом большего или меньшегорадиуса.Были рассмотрены аномалии поведения намагниченности от температуры,наблюдавшиеся при измерениях зависимости намагниченности от температуры в слабыхмагнитных полях. При исследовании температурных зависимостей было обнаруженоявление, проявляющееся в виде отрицательного магнитного момента в области низкихтемператур при измерении в режиме ZFC при приложении слабого магнитного поля. Каквидно из Рис. 3 ZFC намагниченность при измерениях в поле 20 Э становитсяотрицательной при определенной температуре, и продолжает увеличиваться по модулюпри понижении температуры.
Представляется, что такой необычный сценарий связан соследующим. При охлаждении ниже температуры мартенситного превращения ТМ в сплавеобразуется неоднородная мартенситная парамагнитная фаза в форме суперпарамагнитныхчастиц мартенсита, и малых включений антиферромагнитных областей, формирующихсявокруг ионов марганца в Мn и In позициях аустенитной фазы. В силу такой магнитноймикроструктуры сплав ведет себя как парамагнетик в некоторой области температур нижеTM.
Если температура TK, определяемая по локальному максимуму ZFC намагниченностив окрестности 158 K, соответствует температуре блокировки для суперпарамагнитныхчастиц мартенсита, то тогда очевидна причина уменьшения намагниченности при T < TKобразцов,охлажденныхбезполя,чтоявляетсяхарактернымдляансамблясуперпарамагнитных частиц или спинового стекла. Когда образец охлаждается в поле, тониже TK, в силу наличия границ раздела намагниченной ферромагнитной фазы иантиферромагнитнойфазыпроявляетсяоднонаправленнаяанизотропия.Послеохлаждения в нулевом поле и приложении слабого поля появляется выделенноенаправление и мартенситные области намагничиваются. Эти области создают вокруг себяполяразмагничиваниямартенситнойфазы,порядкагде4πMs/3,направленныепротивMs – намагниченностьприложенногополя.Этинасыщениядовольнозначительные поля, в сочетании с антиферромагнитным обменом, намагничивают162,51,2ZFC, H = 50 ЭFC, H = 50 ЭZFC, H = 20 ЭFC, H = 20 Э1,02,00,81,5M [emu/г]M [emu/г]0,60,40,21,00,00,5-0,2-0,40,08012016020024028032036040080120160200T [K]240280320360400T [K]Рис.
3. Зависимости намагниченности от температуры в режимах ZFC и FC для сплавовNi48Co2Mn35In15 в полях 20 Э и 50 Э.близлежащие области аустенитной фазы (кластеры, встроенные в антиферромагнитныеобласти), и так как магнитный момент аустенитной фазы много больше, чеммартенситной, то результирующий магнитный момент направлен против приложенногополя. Если же эту же структуру намагничивать в достаточно сильном поле, то магнитныемоменты как мартенситной, так и частично аустенитной фазы будут ориентированы внаправлении магнитного поля и квазидиамагнетизм наблюдаться не будет.
Наличиеантиферромагнитного обмена в таком сценарии является необходимым, так как впротивном случае ZFC намагниченность была бы положительной во всем температурноминтервале.Обнаруженноенеравновесногосостоянияявлениесистемы.квазидиамагнетизмаЕщеоднимявляетсясвидетельствомследствиемсуществованияантиферромагнитных корреляций и неравновесного состояния образов служит наличиеобменного сдвига петель гистерезиса, измеренных после охлаждения в большихмагнитных полях.Из петель гистерезиса, измеренных после охлаждения в нулевом поле, видно, чтопри всех температурах, при которых у образцов сплавов Гейслера наблюдается ненулеваяспонтанная намагниченность, петли гистерезиса имеют ферромагнитный характерперемагничивания.
При остальных температурах наблюдается парамагнитный характерзависимости намагниченности от приложенного магнитного поля. Вблизи структурногоперехода так же, как и на образцах для магнитокалорических измерений, наблюдалисьнезамкнутыепетлигистрезиса,соответствующиечастичномуиндуцированиюструктурного перехода.Изменения кристаллической структуры, влекущие за собой изменения магнитногосостояния, должны вызвать аномалии магнитотраноспортных свойств.
Измерениям17электросопротивления, магнитосопротивления (МС) и эффекта Холла в диапазонетемператур от 80 К до 300 К в полях до 13 кЭ посвящена вторая часть четвертой главы.Зависимость электросопротивления от температуры была измерена в диапазоне от80 К до 320 К для сплавов Ni50-xCoxMn35In15 (x = 1, 2), Ni50Mn35In15-xSix (x = 1, 3, 4) иNi48Cu2Mn35In15. Электрическое сопротивление аустенитной и мартенситной фазразличаются в 2-3 раза, причем сопротивление мартенситной фазы больше, что логично,учитывая тот факт, что аустенитная кристаллическая решетка более высокосимметричная,чем мартенситная.
Несмотря на высокие значения электросопротивления в мартенситнойфазе (до 300 мкОм*см, что почти в 2 раза превышает критическое значение Муиджи[14,15]), видно, что электросопротивление растет вплоть до температуры Кюримартенситной фазы практически линейно. Данное поведение свидетельствует, что длясплавов Гейслера не выполняется корреляция Муиджи. В рассматриваемом случае ростсопротивления мы связываем с рассеянием на магнитных неоднородностях, возникающихвследствие антиферромагнитных корреляций.После роста сопротивления до температуры Кюри мартенситной фазы, значениесопротивления постепенно уменьшается до температуры мартенситного перехода. Вобласти температуры фазового перехода 1-го рода, сопротивление резко падает иуменьшается в 2-3 раза до значений ~ 50-120 мкОм*см.
После перехода в аустенитнуюфазу сопротивление растетсогласно корреляции Муиджи, как и в обычномферромагнетике, резко меняя наклон касательной при температуре Кюри аустенитнойфазы.Для всех рассмотренных сплавов были измерены зависимости поперечногомагнитосопротивления МС от приложенного магнитного поля в диапазоне температур от80 К до 300 К. Во всем диапазоне полей и температур МС отрицательно и не испытываеттенденции к насыщению в магнитных полях до 1,4 Тл.Используя семейства зависимостей МС от приложенного магнитного поля, былипостроены зависимости МС от температуры при различных значениях магнитного поля.Данные по МС хорошо коррелируют с данными измерений намагниченности исопротивления.
Локальные максимумы МС наблюдаются в окрестности температур Кюримартенситной и аустенитной фаз, а также вблизи структурного перехода. В окрестноститемператур магнитных фазовых переходов величина МС связана с подавлением полеммагнитных флуктуаций и поэтому, как и в обычных ферромагнетиках, она незначительна.В окрестности мартенситного перехода сказывается метамагнитный характер этогопревращения – магнитное поле изменяет объемное содержание аустенита и мартенсита, а18так как сопротивления этих фаз значительно отличаются, то имеет место и значительноеМС до 13 %.Далее были рассмотрены результаты исследования эффекта Холла.
В качествепримера приведены кривые для сплава Ni48Co2Mn35In15 (см. Рис. 4). На Рис. 4представлены примеры полевых зависимостей холловского сопротивления при различныхтемпературах. Среди них можно выделить 3 группы кривых: ниже, выше и вблизимартенситного перехода.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
